慈竹中2个NAC转录因子的克隆与分析

基于慈竹转录组数据库,从慈竹笋克隆得到2个NAC基因,分别命名为BeNAC3(GenBank登录号KU821587)和BeNAC4(GenBank登录号KU821588),在生物信息学分析的基础上,研究了2个基因的组织表达模式和转录活性。TMHMM软件和系统进化分析表明,BeNAC3和BeNAC4都有一个明显的跨膜结构域,可能是膜结合蛋白,且两者分别与NAC2亚家族和ANAC011亚家族有较高相似性。根据BeNAC3在笋、未展开叶、展开叶和茎中的相对表达量,及其在进化树中与NAC2亚家族近似的亲缘关系,推测其可能与激素合成调控及开花有关;而BeNAC4基因在成熟组织中表达量明显高于幼嫩的笋和未展开叶,表明其可能参与慈竹的次生生长发育调控。酵母单杂活性实验分析表明,BeNAC3和BeNAC4都能够激活β-半乳糖苷酶基因(lacZ)的表达,表明这2个基因均具有一定的转录活性。该研究结果为今后获得转基因慈竹植株功能的验证奠定了一定的基础。     

西葫芦NCED基因家族鉴定及其响应干旱胁迫分析

NCED基因家族成员在调节植物响应干旱胁迫中发挥着关键作用,该研究通过生物信息学技术分析NCED在西葫芦基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性及其对10%PEG 6000模拟干旱、0.1 mmol·L-1ABA激素和自然干旱胁迫的响应,以解析NCED基因家族的生物学功能。结果表明:(1)从西葫芦全基因组中鉴定出6个NCED家族基因(CpNCED1~6),且6个基因均不含内含子、分别分布于西葫芦的1、10、12、14、19和20号共6条染色体上。(2)理化性质分析发现,CpNCED1~6蛋白长度为569~590 aa,理论分子量在62.64~65.54 kD之间。(3)蛋白保守元件分析显示,除CpNCED3蛋白在遗传进化过程中出现3个基序(motif 12、motif 13和motif 15)的缺失外,其余5个蛋白都有完整的16个motif保守基序,且分布在600个氨基酸以内,同时大部分NCED蛋白序列保守性较高。(4)顺式作用元件分析显示,西葫芦CpNCED1~6基因均含ABRE、W box、MBS、P-box、TCA-element、CGTCA-motif、TGA-element和TGA-box等潜在的干旱胁迫响应元件。(5)qRT-PCR分析表明,CpNCED1~6基因在西葫芦不同组织中的表达具有组织特异性,其中,CpNCED4和CpNCED1在茎中的表达量显著高于其他4个基因,CpNCED2、CpNCED4、CpNCED6在花中的表达显著高于其余3个基因且CpNCED2表达量最高,CpNCED1~6在果实和叶中的表达量均相对较低;与对照组相比,CpNCED1~6受模拟干旱、ABA激素和自然干旱胁迫均上调表达;伴随干旱胁迫的产生,叶片中脱落酸(ABA)含量逐渐升高,暗示CpNCEDs在西葫芦干旱胁迫响应与ABA的生物合成过程中发挥着正向调控作用。研究发现,6个CpNCED1~6基因与西葫芦干旱胁迫响应密切相关,且对西葫芦干旱胁迫的响应以及ABA生物合成具有重要作用,尤其以CpNCED2和CpNCED4基因的作用更为明显。     

慈竹BeSUS1基因克隆与表达分析

从慈竹转录组数据库中克隆得到了一个SUS基因,命名为Be SUS1,进行了生物信息学分析和组织表达分析。本研究表明,该基因该序列长为2 536 bp,ORF框长度为2 451 bp,编码816个氨基酸,具有N端的蔗糖合成功能域和C端的糖基转移功能域,Be SUS1属于单子叶SUS一簇,与绿竹、水稻、玉米等氨基酸序列,理化性质以及蛋白结构具有高度的同源相似性。组织表达分析显示Be SUS1在慈竹各个部位均有表达,但在各组织中表达具有一定差异,其在未展开叶中表达较低,而在成熟叶与茎段组织中表达较高。     

小麦TaWRKYⅢ-A37和TaWRKYⅡc-D2基因的克隆与表达分析

为了探究小麦(Triticum aestivum L.)WRKY基因的功能,采用同源克隆的方法,从小麦品种‘科农199’中克隆得到2个WRKY基因,分别命名为TaWRKYⅢ-A37和TaWRKYⅡc-D2,并对其进行生物信息学分析和不同逆境胁迫下的表达分析。生物信息学分析显示,TaWRKYⅢ-A37和TaWRKYⅡc-D2基因都含有2个内含子和3个外显子,分别编码206和138个氨基酸,编码蛋白都属于亲水性不稳定非分泌型的核蛋白。系统进化分析表明,TaWRKYⅢ-A37蛋白与其两个同源拷贝的亲缘关系最近,而TaWRKYⅡc-D2蛋白与粗山羊草亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,TaWRKYⅢ-A37和TaWRKYⅡc-D2基因在小麦根、茎和叶中均有表达,前者在根中表达量最高,后者在叶中表达量最高,二者均在茎中低表达;在苗期TaWRKYⅢ-A37基因受到PEG、H_2O_2和ABA胁迫后表达上调,NaCl处理后4～8 h内表达下调且低于对照表达水平,而且在灌浆期受到PEG、NaCl、H_2O_2和ABA胁迫后表达均上调;苗期TaWRKYⅡc-D2基因在NaCl、H_2O_2和ABA胁迫后表达下调,PEG处理2 h时表达上调且高于对照表达水平,并且在灌浆期经PEG和NaCl胁迫后表达下调,受H_2O_2和ABA胁迫后表达上调。该研究结果为深入探究TaWRKYⅢ-A37和TaWRKYⅡc-D2基因的抗逆功能奠定了理论基础。     

玉米逆境胁迫响应基因ZmbZIP71的克隆与表达分析

从玉米抗旱自交系CN165中克隆得到了与逆境胁迫相关的bZIP（Basic Leucine Zipper Protein）基因ZmbZIP71。ZmbZIP71基因的开放阅读框为471 bp,编码156个氨基酸,相对分子量为17.59 kDa,等电点pI为9.24。ZmbZIP71蛋白包含真核生物中高度保守的bZIP结构域。ZmbZIP71基因编码区的基因组序列全长为1050 bp,包括2个外显子和1个内含子。利用实时荧光定量PCR方法分析ZmbZIP71基因在玉米不同组织中的表达差异及其在非生物胁迫下的表达模式,结果表明,该基因在雄穗和雌穗中的表达量较高,并且受干旱、低温和ABA的胁迫诱导上调表达,在盐胁迫下下调表达。     

慈竹笋内源激素积累与KEGG代谢途径相关基因差异表达

本研究以不同高度的慈竹笋和当年生慈竹为材料,采用酶联免疫法和转录组测序技术,对慈竹笋生长过程中内源激素含量动态积累和脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)与生长素(IAA)KEGG代谢途径相关基因差异表达进行分析。结果表明,慈竹在竹笋整个生长过程中,ABA、GA和IAA总含量随着株高的增高呈现不同的变化趋势,GA总含量变化呈"S"型曲线,IAA总含量变化呈双峰曲线,而ABA含量变化不明显;KEGG代谢途径中相关基因存在差异表达,其中ABA代谢途径中PSY和BCH在笋50 cm时呈现上调表达,ZE在150 cm时呈现下调表达。GA代谢途径中KAO与CPS在早期呈现上调表达,后呈现下调表达。IAA代谢途径中CATB在笋生长到50 cm呈现上调表达,而后呈现下调表达的趋势,而ALDH和OGDC随着笋的伸长呈现表达上调。     

藜麦CqSAP8基因克隆及其在非生物胁迫下的表达分析

该研究根据NCBI公布的藜麦胁迫相关蛋白(SAP)基因CqSAP8序列进行克隆,利用生物信息学分析CqSAP8蛋白序列、理化性质和结构特点,并采用qRT PCR方法检测CqSAP8基因表达的组织特异性及在非生物胁迫下的相对表达。结果表明：(1)藜麦CqSAP8基因CDS全长528 bp,编码175个氨基酸;预测CqSAP8蛋白分子量为18.73 kD,理论等电点为7.46,属于稳定的亲水性蛋白质;CqSAP8蛋白在N端和C端分别含有A20和AN1保守域,是SAP蛋白最典型的类型。(2)序列比对与进化分析显示,藜麦CqSAP8与甜菜BvSAP8、菠菜SoSAP8亲缘关系最近,序列相似性分别为89.66%和89.47%。(3)qRT PCR分析表明,藜麦CqSAP8基因在根、茎、叶、花和种子中均有表达,且在种子中表达量最高;CqSAP8基因在干旱和高温胁迫12 h表达量达到最大值,分别是对照的13.09和17.47倍,高盐和低温胁迫下的最大表达量均为对照的3.91倍,说明藜麦CqSAP8基因响应多种非生物胁迫应答;另外,藜麦CqSAP8的表达量在ABA胁迫下24 h急剧升高,推测CqSAP8基因在非生物胁迫前期的响应不依赖ABA。该研究为进一步研究CqSAP8基因功能及抗逆分子机制奠定了基础。     

5个毛果杨PtrZFP基因的鉴定和表达分析

ZFP转录因子是植物中的一类具有指环结构域的转录因子。从毛果杨中鉴定出5条ZFP基因（命名为PtrZFP1-5）,对其特性和表达模式进行了分析,以期初步了解这些基因是否能对胁迫做出应答。对PtrZFP1-5基因进行生物学分析,进一步利用qRT-PCR技术分析NaCl、PEG₆₀₀₀和ABA胁迫处理后毛果杨根、茎和叶中5条基因的表达情况。PtrZFP1-5基因编码蛋白氨基酸残基数为258~338 aa,编码蛋白的分子量为27.7~37.3 kDa,理论等电点为4.87~8.61,5个基因不均等的分布在毛果杨基因组的3条染色体上。qRT-PCR结果显示,0.2 mol·L^-1 NaCl、15%（w/v）PEG6000和100 μmol·L^-1 ABA胁迫处理后,5个PtrZFP基因在毛果杨根、茎和叶中的表达模式明显不同。PtrZFP1基因在3种胁迫后毛果杨中均被明显的上调表达;PtrZFP2基因在盐、渗透和ABA胁迫处理后,叶中的表达都明显被抑制;PtrZFP3基因受到干旱胁迫时在根中的响应最为明显;而叶和茎中,表达量在大部分胁迫的大部分时间点无明显改变。PtrZFP4基因也能在根和茎中对干旱胁迫做出明显应答。PtrZFP5基因在经受盐和ABA胁迫后,在叶中的表达受到明显抑制。PtrZFP1-5这5个基因至少能在一种器官中对一种胁迫处理做出应答,但参与的胁迫应答类型和机制可能不同。     

菊花磷脂酶Dα基因的耐逆表达特性

本研究设计了切花菊‘神马’磷脂酶Dα基因(CmPLDα)的特异性引物,利用荧光定量的方法分析了CmPLDα的组织表达特性及其在非生物胁迫、脱落酸(ABA)、黑斑病接种处理下的表达特性,研究了菊花CmPLDα在胁迫应答中的作用。结果表明:CmPLDα在根、茎、叶、花等组织均有表达,在茎、叶、花中表达量较高,在根中表达较低;CmPLDα的表达几乎不受低温影响,整体上受机械损伤抑制,受高温明显抑制,受缺磷显著诱导,盐胁迫诱导了胁迫后期CmPLDα的增加,CmPLDα受ABA处理的快速诱导;黑斑病菌接种2 d后也可诱导CmPLDα的表达。由此可知,CmPLDα为组成型表达,该基因参与了菊花多种胁迫过程,包括温度、缺磷、ABA信号及黑斑病等。     

陆地棉GhCSN6A基因克隆及低磷胁迫下的表达

该研究基于陆地棉根部低磷胁迫基因表达谱芯片差异表达序列结果及基因组数据库,对表达差异序列ES816317进行克隆,利用生物信息学分析其核苷酸及蛋白序列,并通过qRT-PCR技术检测其组织表达模式和在低磷胁迫下的相对表达特征,为解析棉花GhCSN6A的生物学功能奠定基础,并为棉花磷高效基因工程育种提供基因资源。结果表明：(1)成功获得陆地棉GhCSN6A基因,该基因的开放阅读框全长为948 bp,编码315个氨基酸;GhCSN6A蛋白为COP9信号小体复合亚基6a,属于MOV34蛋白超家族,具有MPN＿CSN6结构域,定位于细胞核。(2)序列比对和进化分析显示,陆地棉GhCSN6A与木槿HsCSN6A、拟南芥AtCSN6A的相似性分别为95.87%和84.54%。(3)qRT-PCR分析表明,GhCSN6A基因在陆地棉的根、茎、叶、花中均有表达,且在叶中表达水平最高,但叶与根中的表达无显著差异;GhCSN6A基因在低磷处理24 h时根中相对表达量最低,但低磷处理72 h时根中的相对表达量最高达到了适磷(对照)处理的2倍。研究推测,陆地棉GhCSN6A基因在棉花响应低磷胁迫过程中具有重要作...     

基于转录组测序的慈竹笋木质素基因筛选及其表达分析

慈竹（Bambusa emeiensis）纤维素含量丰富,是较好的造纸原料,但竹茎中木质素影响着制浆生产及纸浆质量。目前,对慈竹木质素生物合成机制所知甚少,这限制了遗传调控竹木质素的研究。本文以拟南芥、水稻等植物的已知木质素基因作为查询序列,通过BLASTp和系统进化分析,从10、50、100和150 cm慈竹笋转录组数据中筛选到351个木质素生物合成相关Unigenes,包括51个LAC,37个4CL、26个PAL、34个CCR和25个CAD相关转录子,其数量高于其他已报道的竹类植物。转录丰度和定量基因表达分析发现16个木质素基因,包括2个PAL、5个CCR、3个4CL、2个CADH2和4个LAC,随着笋发育而表达上调,表明其可能与发育性木质素积累相关。     

毛竹萜类合成酶基因家族序列鉴定与表达分析

通过生物信息学方法,对毛竹(Phyllostachys edulis(Carrière)J.Houzeau)TPS基因家族的成员进行鉴定,并对其编码蛋白的理化性质、基因结构、进化关系、蛋白结构、启动子元件及表达模式进行了分析。结果表明,毛竹全基因组含有14个TPS候选基因,大小为693~2439 bp。编码蛋白等电点为5.08~8.17。系统发育分析结果显示,毛竹含有TPS-a、TPS-b、TPS-e/f、和TPS-g 4个亚家族,成员数目分别为6、5、2、1个。TPS蛋白质二级结构中,α-螺旋和无规则卷曲所占比重较大;毛竹TPS基因家族各成员蛋白三维结构比较相似。基因启动子分析共获得50个调控元件,可分为6大类,其中光响应相关元件数量最多,共包含17个顺式调控元件。基于转录组测序数据构建的基因表达谱热图分析结果表明,Pe TPS在叶、花和笋等7个组织中的表达差异明显,表现出组织特异性,其中Pe TPS9仅在早花期花序中表达,Pe TPS8仅在叶中表达。     

毛果杨nsLTP基因家族全基因组水平鉴定及其表达特性分析

植物非特异性脂质转移蛋白（non-specific lipid transfer proteins,nsLTP）是一类多基因家族编码碱性蛋白,负责脂肪酸体外结和与膜之间的磷脂转移,在植物生长发育和逆境胁迫响应中扮演着重要角色。目前为止,尚无模式植物毛果杨（Populus trichocarpa）nsLTP家族的研究报导。本研究从全基因组水平对PtrnsLTP家族成员的基因数量、亲缘关系、基因结构、编码蛋白保守基序等特性进行了分析,结果表明：PtrnsLTP家族共由39个基因组成,进化成5个亚家族,其中A亚族含有6个基因、B亚族含有2个、C亚族含有13个、D亚族含有3个、E亚族含有15个。PtrnsLTP家族包含7对旁系同源基因,其中1对大于1,6对Ka/Ks均远小于1,且这6对基因均处于同一个大的进化分支上,进化压力的不同导致基因间的功能出现了分化,编码蛋白均含有Motif 1和 Motif 2保守基序。利用qRT-PCR技术并结合杨树转录组数据对PtrnsLTP的组织表达与盐胁迫响应特性研究发现：各家族成员在毛果杨根、茎和叶中均有表达且经qRT-PCR技术验证后与网站预测结果基本吻合,有11、15和13个成员分别在根、茎和叶中有较高的表达,表明该基因家族参与了杨树不同组织的生长发育;NaCl胁迫下,该家族39个基因中分别有26个成员在根部、14个成员在叶部表达量随着胁迫时间的增加而升高,而32个基因在茎部表现为先升高后降低的趋势。本研究结果对于PtrnsLTP家族基因生物学功能的鉴定与盐胁迫响应基因资源的工作有着积极的推动作用。     

Overexpression of OsRab7B3, a small GTP-binding protein gene, enhances leaf senescence in transgenic rice

Rab family proteins are small GTP-binding proteins involved in intracellular trafficking. They play critical roles in several plant development processes. Different expression patterns of 46 Rabs in the rice genome were examined in various rice tissues and in leaves treated with plant growth regulators and under senescence conditions. One of the OsRab genes, OsRab7B3, closely associated with senescence in expression pattern, was chosen for functional analysis. Expression of sGFP under the control of the OsRab7B3 promoter increased in leaves when ABA and NaCl were applied or when kept in dark. In transgenic rice overexpressing OsRab7B3, the senescence-related genes were upregulated and leaf senescence was significantly enhanced under dark conditions. Moreover, leaf yellowing occurred earlier in the transgenic plants than in the wild type at the ripening stage. Hence it is suggested that OsRab7B3 act as a stress-inducible gene that plays an important role in the leaf senescence process.     

Identification of quantitative trait loci for ABA responsiveness at the seedling stage associated with ABA-regulated gene expression in common wheat

Responsiveness to abscisic acid (ABA) during vegetative growth plays an important role in regulating adaptive responses to various environmental conditions, including activation of a number of ABA-responsive genes. However, the relationship between gene expression and responsiveness to ABA at the seedling stage has not been well studied in wheat. In the present study, quantitative trait locus (QTL) analysis for ABA responsiveness at the seedling stage was performed using recombinant inbred lines derived from a cross between common wheat cultivars showing different ABA responsiveness. Five QTLs were found to be significant, located on chromosomes 1B, 2A, 3A, 6D and 7B. The QTL with the greatest effect was located on chromosome 6D and explained 11.12% of the variance in ABA responsiveness. The other QTLs each accounted for approximately 5–8% of the phenotypic variation. Expression analyses of three ABA-responsive Cor/Lea genes, Wdhn13, Wrab15 and Wrab17, showed that allelic differences in QTLs on chromosomes 2A, 6D and 7B influenced expression of these genes in seedlings treated with ABA. The 3A QTL appeared to be involved in the regulatory system of Wdhn13 and Wrab15, but not Wrab17. The effects of the 2A and 6D QTLs on gene expression were relatively large. The combination of alleles at the QTLs resulted in an additive or synergistic effect on Cor/Lea expression. These results indicate that the QTLs influencing ABA responsiveness are associated with ABA-regulated gene expression and suggest that the QTL on chromosome 6D with the largest effect acts as a key regulator of ABA responses including seedling growth arrest and gene expression during the vegetative stage.     

Drought, abscisic acid and transpiration rate effects on the regulation of PIP aquaporin gene expression and abundance in Phaseolus vulgaris plants

BACKGROUND AND AIMS: Drought causes a decline of root hydraulic conductance, which aside from embolisms, is governed ultimately by aquaporins. Multiple factors probably regulate aquaporin expression, abundance and activity in leaf and root tissues during drought; among these are the leaf transpiration rate, leaf water status, abscisic acid (ABA) and soil water content. Here a study is made of how these factors could influence the response of aquaporin to drought. METHODS: Three plasma membrane intrinsic proteins (PIPs) or aquaporins were cloned from Phaseolus vulgaris plants and their expression was analysed after 4 d of water deprivation and also 1 d after re-watering. The effects of ABA and of methotrexate (MTX), an inhibitor of stomatal opening, on gene expression and protein abundance were also analysed. Protein abundance was examined using antibodies against PIP1 and PIP2 aquaporins. At the same time, root hydraulic conductance (L), transpiration rate, leaf water status and ABA tissue concentration were measured. KEY RESULTS: None of the treatments (drought, ABA or MTX) changed the leaf water status or tissue ABA concentration. The three treatments caused a decline in the transpiration rate and raised PVPIP2;1 gene expression and PIP1 protein abundance in the leaves. In the roots, only the drought treatment raised the expression of the three PIP genes examined, while at the same time diminishing PIP2 protein abundance and L. On the other hand, ABA raised both root PIP1 protein abundance and L. CONCLUSIONS: The rise of PvPIP2;1 gene expression and PIP1 protein abundance in the leaves of P. vulgaris plants subjected to drought was correlated with a decline in the transpiration rate. At the same time, the increase in the expression of the three PIP genes examined caused by drought and the decline of PIP2 protein abundance in the root tissues were not correlated with any of the parameters measured.     

小麦TaHDA19基因的克隆及胁迫表达分析

利用基因克隆技术从小麦（Triticum aestivum L.）品种‘科农199’中扩增得到一个RPD3/HDA1型组蛋白去乙酰化酶基因TaHDA19,采用生物信息学方法对该基因序列的结构特征进行分析,并对植株不同组织及不同胁迫条件下该基因的表达量进行检测。结果显示：TaHDA19的开放阅读框长1560 bp,共编码519个氨基酸;该基因的氨基酸序列存在组蛋白去乙酰化酶（HDAC）家族典型的结构域Hist-deacety1。该基因上游启动子区含有多种响应元件,如：光响应元件I-box和G-box,脱落酸响应元件ABRE和低温响应元件LTR等。‘科农199’TaHDA19基因的表达结果表明：该基因在根、茎、叶片和幼穗中均有表达,其中在叶片中表达量最高;采用脱落酸、氯化钠和PEG分别处理植株0、1、3、6、12、24 h后,基因的表达水平出现差异;在对植株的12个生育时期进行35℃和42℃热胁迫处理1 h后,该基因表达量均出现上调。研究结果表明TaHDA19可能在小麦响应非生物胁迫过程中发挥重要作用。     

扁桃生理落果期不同组织激素浓度的动态变化及其对落果的影响

为探明扁桃幼果生理脱落与GA3、IAA和ABA等3种激素的关系,以新疆‘纸皮’扁桃为试材,分析新梢、结果枝组、幼果和果柄(包括正常发育幼果和果柄、即将脱落幼果和果柄)中3种内源激素浓度的动态变化规律,并分别涂抹3种外源激素调查其对坐果率的影响。结果表明:(1)‘纸皮’扁桃幼果脱落期和新梢生长期重合,扁桃生理落果期不同组织中3种内源激素浓度变化趋势与新梢生长期和幼果脱落期的动态特征基本一致。(2)扁桃生理落果期间,正常的和即将脱落的幼果及其果柄中内源激素浓度呈规律性变化,即:GA3和IAA浓度表现为正常果和正常果果柄始终大于相应的落果和落果果柄,而内源ABA浓度表现则与之相反,同时对应外源涂抹试验也印证了幼果和幼果果柄中高GA3和IAA浓度、低ABA浓度有利于扁桃坐果。(3)新梢和幼果中对应内源激素之间的浓度平衡关系也是调控扁桃幼果生理脱落的重要因素,即:新梢与幼果的GA3比值和IAA比值增大、而ABA比值减少将会促进幼果脱落,反之则减缓幼果脱落。